Análisis de Difusión

A partir de los resultados generados, se puede observar que la morfología de la superficie, es un resultado de concentraciones atómicas y tratamiento de difusión térmica, y son diferentes para cada muestra. Las fases de aleaciones Cu1-xSix (siliciuros) se

generan para todas las concentraciones atómicas utilizadas de Au:Cu, pero especialmente para concentraciones más altas de Cu, ya que los átomos de Cu son la especie que se difunde dominantemente durante la formación y el crecimiento de siliciuros de cobre

(Stolt, 1991) de forma similar que (Benazzouz C. B., 2005; Iaiche, 2005; Benazzouz C. B., 2004), para el caso de 25:75 % at., se obtuvieron estructuras de superficie cuadrados y rectangulares con mayor contenidos de Si. La formación de Cu0.83Si0.17 con múltiples

orientaciones cristalinas podría ser resultado de movimiento de átomos Cu y Si en la superficie y el volumen a través del límite de grano y el mecanismo de difusión masiva. La difusión de cobre sobre silicio al parecer es más rápida que la de cobre sobre oro reportada en geometría de película delgada (Elmera, 2006; Heiser, 1993). Si observamos la línea vertical de 1.45 del eje x de la figura 4-7 esta corresponde a la temperatura de 415 ºC manejada para el tratamiento de recocido, en donde el coeficiente de difusión ( ) a esta temperatura del Cu en Si es de 6.27 x 10-6 cm2/s mientras que el de Cu en Au en película delgada es de 1.76 x 10-11 cm2/s, el cual es mucho menor. De ahí que la difusión del silicio en nuestro sistema es inevitable para la temperatura utilizada. La Figura 4-7 muestra los valores en bulto de de Cu en Au que es alrededor de diez veces mayor que la de Au en Cu a altas temperaturas. A la temperatura de 900°C (1000/T( K) = 0.85), la mayor de Cu en Au es aproximadamente igual a la medido para película delgadas

papel más importante, la reportada en películas delgadas es mucho más rápida a

comparación de los valores en bulto. Por lo tanto, con base a la baja energía de activación para la difusión reportada en las películas delgadas y la alta difusividad a bajas

temperaturas, es evidente que los límites de grano, y/u otros defectos estructurales están jugando un papel importante en la difusión que se produce en las películas delgadas.

En el caso del Au este no puede reaccionar fácilmente con Si, debido a la

solubilidad extremadamente baja de Si en una película delgada de oro (Benazzouz C. B., 2005; Elmera, 2006), adicionalmente se ha reportado que esta difusividad en bulto del Au en Si es 1.256 x10-14 cm2/s a 415 ºC (Fisher) por lo tanto, no hay evidencia de la

formación de aleaciones de Au-Si, como se revela por nuestros resultados de DRX. En todas las concentraciones, de fondo gris (figura 4-2) correspondiente a sustrato de silicio separa las estructuras de la superficies. Por otro lado, se puede resaltar que a pesar de la formación de los siliciuros de cobre en todas las concentraciones manejadas, se logró la obtención de las aleaciones de Au-Cu en las muestras con concentraciones atómicas de 75:25 y 50:50, en comparación con los resultados previamente reportados por otros autores (Benazzouz C. B., 2005; Benazzouz C. B., 2004; Iaiche, 2005), en donde no hay evidencia la formación de la aleación de Au-Cu. Los resultados obtenidos por estos autores podrían explicarse debido a que el tratamiento térmico, así como el tiempo para la difusión térmica, realizado a sus muestras fue menor al propuesto en el presente trabajo.

Figura 4- 7 Comparación de coeficiente de difusión reportados en película delgada de Cu en Au y Cu en Si (líneas continuas), con los valores de difusión de material bulto de Au en Cu y Cu en Au (líneas discontinuas) (Heiser, 1993; Fisher). Las energías de activación están en kJ/mol.

4.2.6 Resistividad eléctrica

A pesar de tener una gran variabilidad en el espesor de las muestras, es necesario determinar un espesor promedio para la obtención de la resistividad eléctrica (ρ). En este caso, un promedio para ρ se puede calcular con el espesor inicial de la aleación

depositada de 150 nm. La resistividad eléctrica de las aleaciones se midió por la técnica de cuatro puntas colineales en diferentes zonas de la superficie con el fin de obtener el ρ valor medio. La Figura 4-8 muestra los valores medidos ρ de muestras como una función de la concentración atómica. Se midieron los valores de 1 2 a 2 7 μΩ-cm. Los valores de ρ en las muestras se obtuvieron considerando el espesor inicial de 150 nm. La resistividad

eléctrica en volumen del Cu y del Au son 1,67 y 2,66 μΩ-cm, respectivamente. Se ha reportado que mediante la aplicación de una capa de oro como una barrera adecuado en los siliciuros para evitar fallas en los circuitos, produciendo un valor de resistividad eléctrica de baja de 2,35 μΩ-cm (Iaiche, 2005). Por otra parte, Zhang et. al (Zhang W. B., 2004) informaron de una resistividad eléctrica (7 7 μΩ-cm) para las aleaciones CuAu I para películas entre 50 y 200 nm. En nuestro caso, una mezcla de aleación de CuSi y AuCu con baja resistividad se obtuvo en las tres aleaciones. Mientras tanto, sólo la muestra B en la Figura 4-4b muestra una aleación AuCuII con Cu15Si4, con baja

resistividad eléctrica y mayor morfología homogénea con respecto a las demás.

Figura 4- 8 Resistividad eléctrica para las tres diferentes concentraciones y diferentes temperaturas a 150 nm de bicapa inicial de Au-Cu.